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圖2  硅氧烷結構與接觸角的關系

從圖2可以看出，隨著烷烴硅氧烷碳鏈長度的增加，棉織物與水的接觸角增大，拒水效果增加。這是因為烷烴碳鏈長度越長越容易屏蔽親水性基團，表現出較好的疏水性能[10]。

2.4  硅氧烷質量分數對接觸角的影響

由于長鏈烷烴硅氧烷水解液的質量分數會直接影響棉織物的拒水效果，將經Sol 4整理后的棉織物浸漬在不同質量分數的硅氧烷水解液中，測試其對接觸角的影響，結果如圖3、4所示。

圖3  硅氧烷質量分數與接觸角的關系

圖3表明，盡管使用的硅氧烷碳鏈長度不一樣，但其變化趨勢相似。當硅氧烷的質量分數從0提高到0.5％時，接觸角明顯增大，隨著質量分數的增加，接觸角變化較為緩和。當質量分數達到3％～4％時，接觸角變化不明顯，拒水效果趨于穩定。此外，由圖4可見，經Sol 4整理再浸漬3％C16水解液的棉織物與水的接觸角為155°，達到了超疏水效果。

圖4  棉織物與水的接觸角

注：a—未整理棉織物；b—浸漬3％C16水解液的棉織物；

c—經Sol 4整理再浸漬3％C16水解液的棉織物。

2.5  棉織物表面形態變化

通過掃描電子顯微鏡觀察棉織物表面，見圖5。可以明顯地看出：整理前的棉織物表面上有許多凹凸不平的溝壑；整理后這些溝壑消失，并且出現粗糙、顆粒狀的表面。因為經溶膠整理其織物中纖維表面的粗糙度得到提高，從而提高了其拒水效果。多年前Wenzel[11]、Cassie和Baxter[12]即建立了疏水表面粗糙度和接觸角之間的關系，提出除表面能外，粗糙度也是影響材料潤濕性的因素。

圖5  Sol 4整理前后棉織物的掃描電子顯微鏡圖片

2.6  皂洗次

數對接觸角的影響

用經Sol 4整理再浸漬3％C16水解液的棉織物做為皂洗布樣，測試皂洗后織物與水的接觸角。皂洗次數與接觸角變化關系如圖6所示。由圖可看出，隨著皂洗次數的增加，接觸角逐漸減小。在最初的10次皂洗過程中，接觸角下降明顯。這是因為經Sol 4整理的棉織物，其表面有很多二氧化硅顆粒是通過物理吸附而附著在其表面。經過洗滌后這些粒子會逐漸脫落，而其上自組裝的長鏈烷烴硅氧烷（賦予織物低表面張力）也隨之脫落，因而接觸角會出現明顯的下降。隨著皂洗次數的進一步增加，接觸角減小趨勢趨于平緩，完成30次皂洗后，織物與水的接觸角為95°，仍表現出一定的拒水效果，但是如果作為日常的服裝面料，其耐久性不夠理想，仍需進一步的研究。

圖6  皂洗次數與接觸角變化關系

2.7  織物物理機械性能變化

用經Sol 4整理，再浸漬3％C16水解液的棉織物作為測試布樣，對比整理前后棉織物的物理機械性能，結果見表2。

表2  整理前后棉織物物理機械性能的變化

從表2可以看出，整理后棉織物的經向強力略有下降，但降幅不到10％，緯向強力略微下降。整理前后棉織物的白度、透氣性基本沒變。由此可見，上述整理不會影響棉織物的服用性能。

3  結  論

1）利用正硅酸四乙酯及長鏈烷烴硅氧烷，通過溶膠—凝膠法及自組裝方式成功賦予親水性棉織物一定的疏水性。

2）以不同碳鏈長度的硅氧烷對溶膠整理后棉織物進行整理，均能提高其拒水性能。隨著碳鏈長度的增加，接觸角增大：隨著水解硅氧烷用量的增加，拒水性能也得到提高。

3）當十六烷基三甲氧基硅烷水解液質量分數為3％時，整理后棉織物與水的接觸角為155°，達到了超疏水的效果，但經30次皂洗后，織物與水的接觸角為95°，拒水性能下降較多。

4）整理后棉織物的物理機械性能變化較小。